别小看这看似简单的“变形”,它可以让FASTfast实现天顶角 40°的天空观测天区,相对全球现役最大球面射电望远镜-300米口径的阿雷西博(Arecibo),它的球面不能动只能在20°天顶角的工作极限,限制了观测天区,特别是限制联网观测能力。“天眼”正是通过这个天线锅倾听来自宇宙的声音,巨大的天线锅,将微弱的宇宙电波收集起来,再将收集到的信号汇聚到具有极高灵敏性的接收系统上,还原、转化、分析。
天眼的瞳孔:核心部件馈源舱
FAST在接收来自宇宙的电波方面的出色能力不仅依靠会动的巨大的反射面,还有个灵敏的核心部件——馈源舱。
“天眼”的上空,六条400多米的钢索吊起一个30吨重类似飞碟的馈源舱,内设精密的接收器接收天线锅反射的信号,馈源舱内安装Stewart平台(精调并联机器人),辅助调整馈源舱的姿态角,正式投入使用之后,馈源舱会随着探测的需要沿球面中心轴做上下运动。移动范围达200米。
馈源就是天线,用来接收来自宇宙的无线电波,如果把FAST比作一个天眼,那么馈源舱就相当于是瞳孔,起到一个聚焦的作用。在移动过程中,每一部分的位移都要控制在毫米级,“天眼”才能正常工作。它的定位精度直接决定着整个FAST望远镜系统收集到的无线电波的多少。
FAST 我们到底为什么要建
半个多世纪过去了,所有射电望远镜收集到的能量还不够翻动一页纸。通过这只“天眼”,人类究竟能发现什么?
FAST的工程科学目标非常明确
1) 巡视宇宙中的中性氢,研究宇宙大尺度物理学,以探索宇宙起源和演化;
2) 观测脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;
3) 主导国际低频甚长基线干涉测量网,获得天体超精细结构;
4) 探测星际分子;
5) 搜索可能的星际通讯信号
中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家、总工程师南仁东这样描述存在于宇宙深处的各种讯息:“宇宙空间混杂各种辐射,遥远的信号像雷声中的蝉鸣,没有超级灵敏的耳朵,根本就分辨不出来。”而“天眼”恰恰具备这样的非凡本领,哪怕是远在百亿光年外的射电信号,它也有可能捕捉到。
首先,FAST能够发现更多的脉冲星。脉冲星是大质量恒星演化的最终产物,是中子星的一种。中子星具有和太阳相当的质量,但半径只有 10-20千米,为会周期性发射脉冲信号的星体,直径大多为20千米左右,自转极快(自转周期是几秒甚至几个毫秒),是宇宙中旋转冠军。目前我们观测到的约2000颗脉冲星均在银河系内,FAST将对准银河系外去发现更多奇特的脉冲星,期望找到前所未见的脉冲星现象,发现突破性的理论。
FAST还可能观察到早期宇宙的蛛丝马迹——中性氢云团的运动。所谓中性氢,就是宇宙中未聚拢成恒星发光发热的氢原子,是一个质子加一个电子。本 来从远处是看不到氢原子的,但质子和电子就像旋转的星球一样有磁极。如果电子磁极罕见地倒转了,一种波长为21厘米的微弱电磁波就跑了出来。
监测21厘米波,不仅能判断出哪里存在大量的中性氢,还可以用来描绘星系之间的交互作用造成的重力扰动。FAST观测中性氢信号,就能获知星系之间互动的细节,还可能发现早期宇宙中刚刚形成的氢是怎么运动的,从而为宇宙发育史提供线索。类似的道理,FAST还能监听到一些太空有机分子发出的独特电磁波,让我们更精确地描绘出宇宙图景。
至于能否发现外星人传来的信号?FAST能从宇宙的今天看到很远的地方去,有助揭开宇宙起源之谜,甚至是‘地外文明’,宇宙中的生命体或高智商‘外星人’若存在,他们的产生、遗留之信息,若存在于浩瀚天宇中,有可能会被FAST探测并接收到。(综合新华社、科技日报等报道)